光電旋轉(zhuǎn)編碼器的原理及應(yīng)用方法

WinCE下光電編碼器的驅(qū)動程序設(shè)計

近年來，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，嵌入式系統(tǒng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于嵌入式計算機的專用性，系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)千差萬別，其輸入設(shè)備也不再像通用計算機那樣單一。嵌入式計算機的輸入沒備一般有鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏、按鈕、旋鈕等，而光電編碼器(俗稱“單鍵飛梭”)作為一種輸入設(shè)備，由于其具有輸入靈活，簡單可靠等特點，因此特別適合應(yīng)用在嵌入式儀器和手持式設(shè)備上，整個系統(tǒng)可以只用一個鍵作為輸入。觸摸屏由于其方便靈活、節(jié)省空間、界面直觀等特點也備受青睞，但存在壽命短，長時間使用容易產(chǎn)生誤差等缺點。如果用光電編碼器輔助觸摸屏作為輸入設(shè)備，必將大大增強系統(tǒng)的可靠性，使得人機接口更加人性化。但由于光電編碼器并不是WinCE的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備，因此其驅(qū)動程序在嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE Platform Builder中并未給出。本文以三星公司S3C2410(ARM9芯片)為CPU的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板為平臺，詳細(xì)闡述了嵌入式操作系統(tǒng)WinCE下光電編碼器驅(qū)動程序的設(shè)計方法，以供同行參考。

　　1 光電編碼器的工作原理

　　光電編碼器(OptICal Encoder)俗稱“單鍵飛梭”，其外觀好像一個電位器，因其外部有一個可以左右旋轉(zhuǎn)同時又可按下的旋鈕，很多設(shè)備(如顯示器、示波器等)用它作為人機交互接口。下面以美國Greyhill公司生產(chǎn)的光電編碼器為例，介紹其工作原理及使用方法。光電編碼器的內(nèi)部電路如圖1所示，其內(nèi)部有1個發(fā)光二極管和2個光敏三極管。當(dāng)左右旋轉(zhuǎn)旋鈕時，中間的遮光板會隨旋鈕一起轉(zhuǎn)動，光敏三極管就會被遮光板有次序地遮擋，A、B相就會輸出圖2所示的波形;當(dāng)按下旋鈕時，2、3兩腳接通，其用法同一般按鍵。

　　當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)時，光電編碼器的A相相位會比B相超前半個周期;反之，A相會比B相滯后半個周期。通過檢測A、B兩相的相位就可以判斷旋鈕是順時針還是逆時針旋轉(zhuǎn)，通過記錄A或B相變化的次數(shù)，就可以得出旋鈕旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，通過檢測2、3腳是否接通就可以判斷旋鈕是否按下。其具體的鑒相規(guī)則如下：

　　A為上升沿，B=0時，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=l時，旋鈕右旋;

　　A為下降沿，B=1時，旋鈕右旋;

　　B為下降沿，A=O時，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=0時，旋鈕左旋;

　　A為上升沿，B=1時，旋鈕左旋;

　　B為下降沿，A=l時，旋鈕左旋;

　　A為下降沿，B=0時，旋鈕左旋。

　　通過上述方法，可以很簡單地判斷旋鈕的旋轉(zhuǎn)方向。在判斷時添加適當(dāng)?shù)难訒r程序，以消除抖動干擾。

　　2 WinCE提供的驅(qū)動模型

　　WinCE操作系統(tǒng)支持兩種類型的驅(qū)動程序。一種為本地驅(qū)動程序，是把設(shè)備驅(qū)動程序作為獨立的任務(wù)實現(xiàn)的，直接在頂層任務(wù)中實現(xiàn)硬件操作，因此都有明確和專一的目的。本地設(shè)備驅(qū)動程序適合于那些集成到Windows CE平臺的設(shè)備，諸如鍵盤、觸摸屏、音頻等設(shè)備。另一種是具有定制接口的流接口驅(qū)動程序。它是一般類型的設(shè)備驅(qū)動程序。流接口驅(qū)動程序的形式為用戶一級的動態(tài)鏈接庫(DLL)文件，用來實現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為“流接口函數(shù)”，這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動程序。本文討論的光電編碼器就屬于流接口設(shè)備。

　　2.1 流設(shè)備驅(qū)動加載過程

　　WinCE.NET系統(tǒng)運行時會啟動負(fù)責(zé)流驅(qū)動的加載進程DEVICE.exe。DEVICE.exe進程對驅(qū)動的加載是通過裝載注冊表列舉器(RegEnum.dll)實現(xiàn)的。在WinCE.NET中，所有設(shè)備的資源信息都由OAL負(fù)責(zé)記錄在系統(tǒng)注冊表中，RegEnum.dll一個一個掃描注冊表項HEKY_LOCAL_MACHINEDriverBuiltIn下的子鍵，發(fā)現(xiàn)新設(shè)備就根據(jù)每個表項的內(nèi)容進行硬件設(shè)備初始化。

　　2.2 中斷與中斷處理

　　如果一個驅(qū)動程序要處理一個中斷，那么驅(qū)動程序需要首先使用CreateEvent函數(shù)建立一個事件，調(diào)用InterruptInitialize函數(shù)將該事件與中斷標(biāo)識綁定。然后驅(qū)動程序中的IST就可以使用WaitForSing|eObject函數(shù)來等待中斷的發(fā)生。在一個硬件中斷發(fā)生之后，操作系統(tǒng)進入異常處理程序，異常處理程序調(diào)用OAL的OEMInterruptHandler函數(shù)，該函數(shù)檢測硬件并將中斷標(biāo)識返回給系統(tǒng);系統(tǒng)得到該中斷標(biāo)識便會找到該中斷標(biāo)識對應(yīng)的事件，并喚醒等待相應(yīng)事件的線程(IST)，然后IST進行中斷處理。處理完成之后，IST需要調(diào)用InterruptDone函數(shù)來告訴操作系統(tǒng)中斷處理結(jié)束，操作系統(tǒng)再次調(diào)用OAL中的OEMInterruptDone函數(shù)，最后完成中斷的處理。圖3為WinCE.NET中斷處理的流程框圖。

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